Thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà Pacific Place

h phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt mang vào không gian điều hòa. t h âh h ht Q Q QQ Q =+=ε Trong đó: Qh: Thành phần nhiệt hiện có kể đến phần nhiệt hiện do gió tươi và do gió lọt đem vào, W Qt: Tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn có kể đến phần nhiệt do gió tươi và gió lọt đem vào, hay chính là tổng nhiệt thừa: Qt = Q0 , W. Hệ số nhiệt hiện tổng chính là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn H đến điểm thổi vào V. Sau khi xác định được εht bằng tính toán, đánh dấu trên thang chia hệ số nhiệt hiện rồi nối tia G - εht. Từ điểm H kẻ đường song song với G - εht cắt đường φ = 100% tại S thì S chính là điểm đọng sương của thiết bị. Còn điểm thổi vào V chính là giao điểm của HS và CT. ™ Tính ví dụ cho tầng 1 tòa nhà: Từ kết quả tính toán tải nhiệt ở mục 3.2.1.2 ta có: - Thành phần nhiệt hiện có kể đến phần nhiệt hiện do gió tươi và do gió lọt đem vào: ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 41 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Qh = 202599 W Qâ = 205256 W - Tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn có kể đến phần nhiệt do gió tươi gió lọt đem vào: Qt = Qo =Qh + Qâ =407855 W Vậy theo công thức (3.2.3.3), Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (εht) là: t h âh h ht Q Q QQ Q =+=ε 202599 0,50 407855 = = 3.2.3.4. Hệ số đi vòng bypass (εBF). Xác định hệ số đi vòng εBF (Bypass Factor): Là tỉ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với tổng lượng không khí thổi qua dàn. Hệ số này được chọn theo bảng 3.22[1] tr 199. Hệ số đi vòng bypass εBF = 0,15. 3.2.3.5 Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (εhef) Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (εhef): Là tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phòng và nhiệt hiện tổng hiệu dụng của phòng: ef hef âefhef hef ht Q Q QQ Q =+=ε Trong đó: Qhef: Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH Qhef = Qhf + εBF. QhN Qâef: Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH Qâef = Qâf + εBF. QâN QhN: Nhiệt hiện gió tươi mang vào, W. QâN: Nhiệt ẩn gió tươi mang vào, W. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 42 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 43 d t 1 SHF (εh) GSHF(εht) ESHF(εhef) RSHF(εhf) N T S G 24 oCt s C O V ϕ = 100% H BF 1-BF 1 Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng dùng để xác định điểm đọng sương S khi kẻ đường song song với G-εhef qua điểm T thì S chính là giao điểm của nó với đường φ = 100% . ™ Tính ví dụ cho tầng 1 tòa nhà: - Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH, Qhef: Qhef = Qhf + εBF. QhN = 139071+ 0,15 . 39218= 144953 W - Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH, Qâef: Qâef = Qâf + εBF. QâN = 9360 + 0,05 . 28080 = 65339 W Vậy theo công thức (3.2.3.5), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (εhef) là: ef hef âefhef hef hef Q Q QQ Q =+=ε 144953 0,69 144953 65339 = =+ Sau đây ta sẽ biểu diễn sơ đồ tuần hoàn 1 cấp với các hệ số nhiệt hiện hệ số đi vòng và cách xác định các điểm nút của sơ đồ trên đồ thị t-d: Hình 3.2 Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng và quan hệ qua lại với các điểm H, T, O, S,N. Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 3.2.3.6. Nhiệt độ đọng sương của thiết bị. Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi ta tiếp tục làm lạnh hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi. Đường εht cắt đường ϕ = 100% tại S thì điểm S chính là điểm đọng sương và nhiệt độ ts là nhiệt độ đọng sương của thiết bị. Nhiệt độ đọng sương của thiết bị được xác định theo hệ số εhef tra theo bảng 3.24 [1] . Hoặc xác định trên ẩm đồ ta có tS = 16 0C. ™ Tính ví dụ cho tầng 1 tòa nhà: - Xác định các điểm trạng thái không khí trên ẩm đồ: T (25,65); N (32.8, 66); G(24, 50); - Đánh dấu trên trục SHF các giá trị vừa tìm được: εhf, εht, εhef - Qua T kẻ đường song song với G- εhef cắt φ = 100% ở S(16, 100), xác định được nhiệt độ đọng sương của thiết bị: ts = 16 0C - Qua S kẻ đường song song với G- εht cắt đường NT tại H, xác định được điểm hòa trộn H(29, 67). 3.2.3.7. Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh. Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh tO ≡ tV có thể xác định được theo biểu thức: tO ≡ tV = tS + εBF.(tH – tS). (3.13) Trong đó: tH: Nhiệt độ điểm hòa trộn tH có thể xác định bằng biểu thức: tH = G tGtG TTNN .. + tN, tT: Nhiệt độ không khí ngoài và trong nhà, oC. GN, GT, G: Lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và tổng, kg/s. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 44 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 G = GN + GT Hoặc có thể sử dụng ẩm đồ để tra sau khi đã xác định được các điểm nút và các hệ số nhiệt hiện. ™ Tính ví dụ cho tầng 1 tòa nhà: Ta sử dụng phương pháp tra ẩm đồ: Qua T kẻ đường song song với G - εhf cắt đường SH tại O. Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và đường ống gió ta có O ≡ V là điểm thổi vào. Xác định được điểm thổi vào: O ≡ V(16,5, 98). Xác định các điểm nút bằng ẩm đồ Carrier Từ đó ta lập bảng thông số của các trạng thái như sau: Trạng thái Nhiệt độ [oC] Độ ẩm [ %] Âm dung [g/kg] Entanpy [kJ/kg] N 32,8 66 20,98 86,64 ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 45 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 T 25,0 65 13,02 58,25 H 29 67 17,06 72,68 V 16,5 98 11,63 45,99 S 16 100 11,49 45,13 3.2.3.8. Xác định lưu lượng không khí qua dàn lạnh. Sau khi tính toán và xác định được các thông số trên ta cần phải kiểm tra lại hiệu nhiệt độ phòng và nhiệt độ thổi vào: ∆tVT = tT - tV - Nếu ∆tVT ≤ 10 K thì đạt tiêu chuẩn vệ sinh và ta tiến hành tính toán lưu lượng gió. - Nếu ∆tVT > 10 K thì không đạt tiêu chuẩn vệ sinh cần phải sử dụng các biện pháp khác để giảm hiệu nhiệt độ thổi vào vì nhiệt độ thổi vào quá thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Sau đó kiểm tra lại rồi mới tiến hành tính lưu lượng không khí qua dàn lạnh. ¾ Xác định lưu lượng không khí: Để xác đinh được lưu lượng không khí qua dàn lạnh ta sử dụng biểu thức: L = sl tt Q BFST hef /, )1).(.(2,1 ε−− (3.14) Trong đó: L: Lưu lượng không khí, l/s. Qhef: Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, W tT, ts: Nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ đọng sương, oC εBF: Hệ số đi vòng. Lưu lượng không khí L là lượng không khí cần thiết để dập nhiệt thừa và ẩn thừa của phòng điều hòa, đó cũng chính là lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh sau khi hòa trộn. Ngoài ra căn cứ vào nó ta có thể tính kiểm tra năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí: ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 46 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 47 Qo = G.(IH – IV) , kW. (3.15) Trong đó: G: Lưu lượng không khí qua dàn lạnh: G = ρ .L ,kg/s. ρ: Khối lượng riêng của không khí, ρ= 1,2 kg/m3. L: Lưu lượng thể tích của không khí: L = LN + LT , m3/s LN: Lượng khí tươi cấp vào. LT: Lượng không khí tái tuần hòan. IH: entanpy không khí tại điểm hòa trộn (không khí vào dàn lạnh), kj/kg IV: entanpy không khí tại điểm thổi vào không gian điều hòa (không khí ra khỏi dàn lạnh), kj/kg. ™ Tính ví dụ cho tầng 1 tòa nhà: - Kiểm tra điều kiện đảm bảo tiêu chuẩn vệ sịnh: Ta có T(25, 65); V(16,5, 98) ∆tVT = tT - tV = 25 – 16,5= 8,5 Vậy ∆tVT ≤ 10 K thỏa mãn điều kiện đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh. - Xác định lưu lượng không khí: Thay các thông số đã tìm được vào trong biểu thức (3.14) ta có: L = 144953 15790 1,2.(25 16).(1 0,15) =− − l/s G = L . ρ = 15790 . 1,2 . 10-3 = 18,95 kg/s - Tính kiểm tra năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí: Qo = G.(IH – IV) , kW. = 18,95 . (72,68– 45,99) = 505,7 kW Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Từ kết quả trên ta thấy: năng suất lạnh yêu cầu dựa vào lưu lượng không khí yêu cầu (Q0 = 505,7 kW) sấp xỉ năng suất lạnh tính toán ở chương 2 (Q0 = Qt = 507 kW). Sự khác biệt trên là do sai số trong khi tính toán và sự chênh lệch khi chọn các thông số tính toán giữa 2 cách tính trên. Tuy nhiên để đảm bảo hệ thống có thể hoạt động tốt trong mọi trường hợp tải thay đổi, môi trường bên ngoài thay đổi thì ta chọn giá trị Q0 = 507 kW để tính toán và chọn máy. Các tầng khác tính tương tự và cho kết quả trong bảng 3.2.1 và bảng 3.2.2 CHƯƠNG 4 CHỌN TỔ MÁY LẠNH VÀ THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 4.1 Giới thiệu về hệ thống chiller. 4.1.1 Phân loại chiller. Có nhiều cách để phân loại chiller, đó là dựa vào loại máy nén sử dụng, cách thức giải nhiệt, lĩnh vực phục vụ là thương mại hay công nghiệp…Tuy nhiên để phân loại chiller dễ dàng nhất đó là dựa vào chu kỳ tuần hoàn của môi chất lạnh. Theo cách này ta có thể phân chiller làm 2 loại chủ yếu: chiller với chu kỳ nén hơi và chiller hấp thụ. Chiller hấp thụ Chiller nén hơi (chiller máy nén li tâm) Hình 4.1.1: Hai loại chiller chủ yếu Chiller hấp thụ sử dụng các loại nhiên liệu thay thế như hơi nóng, nước ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 48 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 nóng, các loại gas…để làm nguồn nhiệt truyền động cho quá trình tuần hoàn của môi chất trong chiller. Chiller nén hơi sử dụng điện năng để vận hành máy nén làm nguồn năng lượng truyền động cho quá trình tuần hoàn của môi chất trong chiller. Theo đó ta có các loại chiller có công suất khác nhau sử dụng các loại máy nén khác nhau. 4.1.2 So sánh giữa chiller giải nhiệt gió và chiller giải nhiệt nước. Chiller giải nhiệt gió Chiller giải nhiệt nước - Công suất 7.5-500tons (25-1580kW). - Hệ thống gọn nhẹ, đơn giản, dễ thi công, lắp đặt và vận hành. - Giá thành thấp. - Dàn ngưng to, cồng kềnh. - Chỉ số COP bé (bằng 2.8) nên điện năng tiêu thụ lớn. - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất phụ thuộc vào điều kiện khí hậu nên hiệu suất không cao, và không chủ động theo ý muốn cá nhân. - Ít yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng về việc xử lý nước, vệ sinh ống dàn ngưng, bảo trì tháp giải nhiệt, nước cấp cho tháp giải nhiệt, có thể hoạt động tốt với điều kiện khí hậu ngoài trời dưới 00C (đối với xứ lạnh ở nước ngoài). - Tuổi thọ trung bình từ 15 đến 20 năm. - Công suất 10-3000tons (35-10500kW). - Hệ thống phức tạp hơn, khó thi công, lắp đặt và vận hành. - Giá đầu tư ban đầu cao. - Dàn ngưng nhỏ gọn. - Chỉ số COP cao (MN piston là 4.2, MN ly tâm tới 6.1) nên điện năng tiêu thụ bé hơn giải nhiệt bằng không khí. - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất thấp, không phụ thuộc điều kiện ngoài trời nên hiệu suất cao. - Cần có kế hoạch xử lý nước định kỳ cho tháp giải nhiệt, nếu không ống dàn ngưng sẽ bị bám bẩn, làm giảm hiệu suất hệ thống, và hư hỏng thiết bị; cần có bộ gia nhiệt cho nước cấp tháp giải nhiệt vào mùa đông (ở xứ lạnh) để tránh đóng băng đường nước - Tuổi thọ trung bình từ 20 đến 30 năm ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 49 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Việc phân tích trên chỉ mang tính tương đối, mỗi hệ thống đều có ưu và khuyết điểm nhất định. Hệ chiller giải nhiệt gió nhìn chung hiệu suất tuy không bằng chiller giải nhiệt nước nhưng nếu hoạt động nhiều ở chế độ non tải thì chiller giải nhiệt gió có hiệu suất gần bằng chiller giải nhiệt nước do nhiệt độ bầu khô của không khí biến đổi nhiều so với nhiệt độ bầu ướt của nước giải nhiệt dàn ngưng trong chiller giải nhiệt nước. Hình 4.1.2 Sự biến đổi của nhiệt độ bầu khô/bầu ướt theo thời điểm trong ngày Tuy xét riêng chiller, thì chiller giải nhiệt gió tiêu thụ nhiều điện năng hơn do COP bé (COP tỉ số giữa điện năng tiêu thụ kW điện và năng suất lạnh sinh ra Ton lạnh. kW/ton = 3,516/COP), nhưng xét chung điện năng tiêu thụ của toàn hệ thống thì chi phí điện năng tiêu thụ của các thiết bị đi kèm như quạt, bơm nước cấp cho tháp giải nhiệt trong hệ chiller giải nhiệt nước cũng đáng kể. Thực tế điện năng tiêu thụ của tháp giải nhiệt chỉ bằng 1/5 đến 1/10 điện năng tiêu thụ của chiller. Do vậy để chọn lựa loại chiller giải nhiệt gió hay nước ta cần đưa ra một bài toán phân tích kinh tế thật tỉ mĩ mới có thể quyết định được. Ở đây, do công suất lạnh của toàn hệ thống khá lớn nên chỉ có hệ chiller giải nhiệt nước mới thoả mãn được. Trước đây theo ARI (Air-conditioning & Refrigeration Institue) Viện nghiên cứu về Điều hòa không khí và Kỹ thuật lạnh thì lưu lượng chuẩn qua bình bay hơi và dàn ngưng của chiller sử dụng quá trình nén ép hơi lần lượt là 2,4gpm/ton (0,043l/skW) và 3,0gpm/ton (0,054l/skW) (tham khảo bảng dưới). ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 50 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Bảng 4.1.3 Thông số về lưu lượng, nhiệt độ nước của chiller trước đây và hiện nay Tuy nhiên khuynh hướng ngày nay là giảm bớt lưu lượng nước cấp cho bình bay hơi và dàn ngưng, vì với cùng một công suất lạnh giữa lưu lượng nước cấp và độ chênh nhiệt độ giữa nước vào/ra chiller có mối quan hệ như sau: Qo = 500.Qv .Δt, Btu / h Qo = 4,184.Qv .Δt),W Trong đó: Qo: công suất lạnh (Btu/h hay W) Qv: lưu lượng nước (gpm hay l/s) Δt : độ chênh nhiệt độ (oF hay oC) 500 hay 4,184 là các hằng số chỉ khi sử dụng cho chất tải lạnh là nước. Do đó nếu ta giảm được lưu lượng nước qua chiller thì với cùng một công suất lạnh thì độ chênh nhiệt độ sẽ tăng, tức là nước ra khỏi chiller sẽ có nhiệt độ thấp hơn so với lưu lượng tiêu chuẩn trước đây (50C thay vì 6,70C). Với lưu lượng nước giảm thì dẫn đến kích thước bơm, đường ống, hệ thống van, tháp giải nhiệt đều giảm tương ứng vả điện năng tiêu thụ cũng sẽ giảm do đó cả chi phí đầu tư ban đầu và chi phi phí vận hành đều giảm đáng kể. Đây là một trong những biện pháp tiết kiệm năng lượng hiện nay theo tiêu chuẩn của ASHRAE 90.1-1999. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 51 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 4.1.3 Phương pháp điều khiển lưu lượng nước tại các AHU. Có 3 phương pháp điều khiển lưu lượng nước qua các AHU: sử dùng van 3 ngả, van 2 ngã, và van chặn-bypass. Tuy nhiên thường sử dụng van 2 ngả và van 3 ngả nên ở đây chỉ giới thiệu 2 loại van này. a) Sử dụng van 3 ngả (three-way modulating valve) Van 3 ngả dùng để điều tiết luu lượng nước qua cuộn coil tại các AHU. Khi tải của hệ thống giảm, van sẽ điều tiết sao cho ít lưu lượng nước đi qua cuộn coil. Lượng nước dư sẽ đi qua ống bypass và hỗn hợp với dòng nước sau khi đi qua cuộn coil, kết quả là nhiệt độ nước về lại bình bay hơi sẽ giảm. Van 3 ngả có các đặc điểm sau: - Nhiệt độ nước về lại bình bay hơi sẽ giảm khi tải giảm. - Lưu lượng nước qua cuộn coil và qua ống bypass là không đổi ở mọi điều kiện của tải. - Năng lượng bơm tiêu thụ là không đổi. - Dễ cân bằng lưu lượng nước. Hình 4.1.4 AHU sử dụng van 3 ngả Chính vì tổng lưu lượng nước qua các AHU/FCU, cũng như tuần hoàn trong hệ thống là không đổi nên không thể tiết kiệm được năng lượng bơm do đó sử dụng van 3 ngả sẽ không giúp tiết kiệm năng lượng. Van 3 ngả thích hợp cho các chiller và hệ bơm có lưu lượng không đổi. b) Sử dụng van 2 ngả (two-way modulating valve) Van 2 ngả chỉ tiết lưu lượng nước qua các cuộn coil khi có yêu cầu về giảm ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 52 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 tải chứ không có đường bypass cho lượng nước lạnh dư. Cũng chính vì vậy mà không có sự hỗn hợp giữa các dòng nước vì thế nhiệt độ nước lạnh ra khỏi các cuộn coil hầu như không đổi với mọi điều kiện của tải (thực tế nhiệt độ có tăng đôi chút). Hình 4.1.5 AHU sử dụng van 2 ngả Van 2 ngả có các đặc điểm sau: - Nhiệt độ nước vào/ra các cuộn coil hầu như không đổi. - Lưu lượng nước qua các cuộn coil sẽ giảm khi tải giảm nên sẽ tiết kiệm được năng lượng bơm. - Hơi khó cân bằng nước. Nếu sử dụng một đường bypass trong hệ thống sẽ giải quyết được vấn đề này. Như vậy ta có thể sử dụng van 2 ngả trong hệ thống tuần hoàn của hệ chiller nhằm giảm điện năng tiêu thụ của hệ thống bơm nước cấp cho các AHU/FCU. Đối với hệ thống đơn giản và không có sử dụng điều khiển BMS (điều khiển tự động toàn hệ thống) thì người ta sử dụng van 2 ngả loại on/off. 4.1.4 So sánh giữa chiller hoạt động với lưu lượng nước không đổi và thay đổi. Chiller hoạt động với lưu lượng nước thay đổi khi có giảm tải là loại chiller mới, phát triển gần đây. Hệ thống sử dụng kết hợp với cả bơm có khả năng thay đổi lưu lượng. Hệ chiller này tiết kiệm được nhiều điện năng tiêu thụ bởi chiller và bơm nước vào/ra chiller; tuy nhiên hệ thống hoạt động không ổn ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 53 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 định và việc vận hành hệ thống tắt/mở thêm chiller khi có giảm tải hoàn toàn không đơn giản. Vì hệ thống hoạt động ổn định thì hầu như không có sự thay đổi về nhiệt độ giữa nước vào ra các AHU nên không thể chỉ căn cứ vào cảm biến nhiệt độ mà có thể thao tác tắt/mở thêm máy. Muốn vận hành hệ thống được tốt cần phải có kiến thức toàn diện về hệ thống, khi cần thay đổi tải phải xác định được tải của hệ thống (bằng hệ thống đo lưu lượng và nhiệt độ), phải biết được giới hạn trên và dưới cũng như mức độ thay đổi lưu lượng cho phép mà hệ thống có thể tương thích kịp thời. Nói tóm lại, hệ thống này rất khó sử dụng. Chiller hoạt động với lưu lượng nước không đổi thích hợp với những hệ thống cũ, trước đây. Tuy nó không tiết kiệm được điện năng tiêu thụ của bơm nước về bình bay hơi khi có giảm tải, nhưng có thể cải tiến bằng sử dụng hệ thống chiller có lưu lượng nước thấp và sử dụng cấu trúc 2 vòng tuần hoàn (primary- secondary configuration) trình bày ở phần sau sẽ giúp tiết kiệm được điện năng tiêu thụ của bơm nước cấp cho các AHU/FCU khi có giảm tải. Loại chiller này sẽ có tính ổn định hơn và dễ dàng vận hành hơn. 4.1.5 Phân tích một số sơ đồ cấu trúc của hệ chiller mắc nối tiếp và song song. Ở đây ta sẽ phân tích cấu trúc nối tiếp, song song và cấu trúc 2 vòng tuần hoàn của chiller hoạt động với lưu lượng nước không đổi. 4.1.5.1 Chiller mắc nối tiếp. Hệ thống phải sử dụng van 3 ngả để đảm bảo lưu lượng nước tuần hoàn qua hệ thống là không đổi chính vì vậy mà lưu nước qua mỗi chiller bằng lưu lượng nước của toàn bộ hệ thống, do đó kích thước ống phải lớn và có nhiều pass nước nên các chiller thường cồng kềnh. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 54 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Hình 4.1.6 : Hệ chiller mắc nối tiếp Tổn thất cột áp của bơm rất lớn vì phải đẩy nước qua các chiller mắc nối tiếp, chính vì vậy mà giá thành của hệ thống bơm cũng như chi phí điện năng là rất cao. Để giảm tổn thất này ta có thể sử dụng chiller với độ chênh nhiệt độ nước vào/ra lớn vì thế có thể giảm được lưu lượng qua bơm và chiller tức giảm được điện năng bơm tiêu thụ. Với hệ nhiều chiller thì người ta thường bố trí mắc nối tiếp mỗi 2 chiller mắc song song. Ưu điểm của hệ mắc nối tiếp là có thể chọn một chiller làm chủ đạo để thực hiện làm lạnh nước, phần công suất còn lại giành cho chiller khác. Tuy nhiên nhược điểm rất lớn của hệ mắc nối tiếp là nếu có hư hỏng, hay thay thế thì phải ngừng toàn bộ hệ thống. Chính vì vậy mà ta sẽ không sử dụng hệ thống này. 4.1.5.1 Chiller mắc song song. ™ Dùng một bơm duy nhất. Hình 4.1.5.1: Chiller dùng một bơm. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 55 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Với hệ thống này thì bơm cứ tuần hoàn bơm nước qua 2 chiller bất kể có một chiller được tắt khi ở chế độ 50% tải. Kết quả là nước về với nhiệt độ 540F sẽ đi qua chiller được tắt và hòa trộn với dòng nước qua chiller đang hoạt động có nhiệt độ là 420F tạo thành dòng nước có nhiệt độ 480F lớn hơn nhiệt độ nước ra khỏi chiller là 60F. Việc gia tăng nhiệt độ nước ra khỏi chiller sẽ không đảm bảo được điều kiện nhiệt độ và độ ẩm mong muốn. Để tránh nhiệt độ nước gia tăng khi một chiller không hoạt động ta có thể giảm bớt điểm nhiệt độ được cài đặt ở chiller đang hoạt động, tuy nhiên việc giảm nhiệt độ cài đặt cũng có những giới hạn nhất định và đặc biệt khi hệ thống có nhiều chiller mắc song song và có nhiều chiller cần được tắt. Do đó cấu trúc này ít sử dụng cho hệ có nhiều hơn 2 chiller. ™ Dùng các bơm độc lập. Hình 4.1.5.2 Chiller dùng các bơm độc lập. Để tránh hiện tượng hòa trộn dòng khi có sự thay đổi về tải người ta đã sử dụng riêng từng bơm độc lập, và hoạt động của chiller bây giờ sẽ gắn liền với sự hoạt động của riêng bơm phục vụ cho chiller đó hay nói cách khác việc tắt/mở chiller bây giờ là việc tắt/mở của một cặp chiller-bơm. Tuy nhiên một vấn đề mới nảy sinh đó là lưu lượng sẽ thiếu hụt khi thay đổi tải. Lấy ví dụ khi hệ thống hoạt động dưới 50% tải, lúc này chỉ có một cặp chiller-bơm hoạt động, tổng lưu lượng qua hệ thống sẽ giảm đáng kể do lượng nước bị giữ lại trong cặp chiller-bơm bị tắt, thực tế lưu lượng trong hệ thống lúc này chỉ còn bằng 60-70% khi đầy tải. Do đó tất cả các AHU/FCU trong hệ thống sẽ nhận ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 56 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 được ít lưu lượng nước hơn, có AHU thì nhận được đủ lưu lượng cần thiết, AHU thì nhận được ít hơn cần thiết và những AHU nằm xa, cần nhiều lưu lượng nước đôi khi không có lượng nước nào lưu thông qua. Hình 4.1.5.3 Sự thay đổi lưu lượng trong quá trình thay đổi tải của 2 chiller mắc song song. Theo hình trên ta thấy khi 2 chiller hoạt động đầy tải, lưu lượng sẽ là 100% so với thiết kế. Nhưng khi hệ thống giảm tải chỉ còn một cặp chiller-bơm hoạt động thì lưu lượng lúc này còn 65% so với tổng lưu lượng ban đầu. Vấn đề là khi tải tăng lên, cần cho cặp chiller-bơm hoạt động lại, lúc đó lưu lượng sẽ không tăng gấp đôi giá trị hiện hành mà sẽ tự cân bằng lại theo đường cong hoạt động của hệ thống, tức lưu lượng lại đạt đúng 100%. Nhưng do lưu lượng sẽ được chia đều cho 2 cặp chiller dẫn đến chiller đang hoạt động bị giảm lưu lượng đột ngột (giảm 15% từ 65% xuống còn 50%) việc này sẽ làm thay đổi nhiệt độ điều khiển và có thể dẫn đến chiller đó sẽ tự động được ngắt bởi các thiết bị bảo vệ. Để khắc phục điều này cần phải dự đoán trước việc tái hoạt động của cặp chiller-bơm để từ từ giảm tải cho chiller đang hoạt động rồi mới bắt đầu tiến hành tái hoạt động cho cặp chiller-bơm kế tiếp. Vì lí do đó hệ thống này ít khi được sử dụng trong các hệ thống lớn hơn. ™ Hệ thống 2 vòng tuần hoàn (primary-secondary configuration) ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 57 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Hình 4.1.5.4 : Chiller sử dụng 2 vòng tuần hoàn. Để khắc phục tất cả các nhược điểm trên của hệ chiller mắc nối tiếp và song song thì cấu trúc này tỏ ra hiệu quả. Cấu tạo hệ thống Hệ thống có 2 vòng tuần hoàn nước, một vòng từ phần Tee hồi, qua bơm, chiller, Tee cấp và đường ống bypass và được gọi là vòng sơ cấp (primary hay production loop). Ở vòng sơ cấp ta có thể sử dụng từng chiller có công suất khác nhau nhưng phải đi kèm theo bơm riêng cho chiller đó, hoặc sử dụng các chiller, bơm có cùng công suất đối với cấu trúc hệ thống bơm có ống góp. Hình 4.1.5.4 Cấu trúc vòng sơ cấp với hệ thống bơm riêng lẻ. ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 58 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Hình 4.1.5.5 Cấu trúc vòng sơ cấp với hệ thống bơm có ống góp. Vòng còn lại xuất phát từ Tee cấp, qua các cuộn coil trong các AHU/FCU rồi trở về Tee hồi và được gọi là vòng thứ cấp (secondary hay distribution loop). Ở vòng thứ cấp ta buộc phải dùng van 2 ngả để thực hiện dụng ý tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên ở vòng thứ cấp ta có thể sử dụng hệ thống nhiều bơm cấp mắc song song, hoặc hệ thống từng bơm cấp phục vụ cho từng nguồn tải riêng biệt. Hình 4.1.5.6 Cấu trúc vòng thứ cấp với các van 2 ngả. Ưu điểm của hệ thống này đó là không những tách rời được 2 vòng tuần hoàn nhờ vào đường ống bypass trong hệ thống mà 2 hệ bơm còn hoạt động độc lập với nhau, bơm hồi của vòng sơ cấp được thiết kế với cột áp chỉ đủ thắng được trở lực trên đường ống trong bypass, đoạn đường ống từ Tee hồi đến hệ chiller, trở lực khi đi qua bình bay hơi của chiller và đoạn đường ống sau khi ra khỏi bình bay hơi và đến Tee cấp. Tương tự đối với bơm cấp của vòng thứ cấp cột áp của bơm cũng được chọn vừa đủ thắng được trở lực trên đoạn đường ống từ Tee cấp đến các cuộn coil trong các AHU/FCU, trở lực qua các cuộn coil và đoạn đường ống sau khi ra các AHU/FCU về Tee hồi. Chính vì việc tách rời 2 hệ thống bơm riêng biệt nên kích cỡ của bơm cũng như điện năng tiêu thụ của bơm sẽ giảm được một phần.Đối với hệ bơm của vòng thứ cấp ta có thể bố trí theo dạng có ống góp hay các bơm riêng lẻ ĐH Bách Khoa Hà Nội Trang 59 Đồ án tốt nghiệp Phan Lạc Quang_Máy &TBNL1-K50 Hình 4.1.5.7 Cấu trúc vòng thứ cấp với hệ bơm song song. Hình 4.1.5.8 Cấu trúc vòng thứ cấp với hệ bơm riêng lẻ. Để tách biệt được 2 vòng tuần hoàn thì đường ống bypass là yếu tố trung tâm. Do nước sẽ chuyển động tự do, sự thay đổi lưu lượng trong vòng tuần hoàn này sẽ không ảnh hưởng đến lưu lượng trong vòng tuần hoàn khác. Rõ ràng để nước có thể tự nhiên chuyển động trong ống bypass khi có sự thay đổi về lưu lượng thì buộc trở lực trên đoạn ống này càng bé càng tốt. Chính vì vậy mà trên đoạn ống bypass này người ta sẽ không gắn van kiểm tra, vận tốc trong ống yêu cầu trong khoảng 3 đến 4,5m/s dựa vào lưu